Scările de timp și secunda intercalară
Nu o unitate de măsură, ci trei scări: UTC, TAI și UT1 · mărime: un moment
În treizeci și unu decembrie 2016 ceasurile Serviciului Internațional de Rotație a Pământului arătau 23 de ore 59 de minute 60 de secunde — o oră care într-o zi obișnuită nu există. Secunda a fost inserată fiindcă până în ziua aceea Pământul rămăsese în urma ceasurilor atomice cu aproape șase zecimi de secundă, iar fără inserare abaterea ar fi trecut pragul stabilit prin convenție. De atunci nu a mai fost nicio inserare: planeta a accelerat pe neașteptate, iar acum se discută serios operația inversă — o secundă care va trebui nu adăugată, ci ștearsă.
Lucrurile se lămuresc numai deosebind trei lucruri pe care vorbirea de toate zilele le numește cu un singur cuvânt, «timp». TAI este scara atomică, ce merge uniform fără să ia seama la planetă; UT1 este unghiul de rotație al Pământului însuși, adică un fenomen astronomic cu firea lui; iar UTC este scara compromisului: merge în secunde atomice, dar din când în când primește una întreagă inserată, ca să nu se depărteze de planetă cu mai mult de nouă zecimi de secundă. Prima nu se poate regla, a doua nu se poate prevedea, iar a treia se stabilește prin hotărârea unui comitet și se tipărește într-un buletin.
01 · Definiție
Timpul Atomic Internațional TAI se alcătuiește din indicațiile a vreo două sute cincizeci de ceasuri atomice risipite prin laboratoarele naționale și merge în secunde SI fără nicio corecție. Timpul Universal UT1 este dat de unghiul de rotație al Pământului și își schimbă deci mersul odată cu planeta. Timpul Universal Coordonat UTC se deosebește de TAI cu un număr întreg de secunde și se ține aproape de UT1 prin inserări anunțate de Serviciul Internațional de Rotație a Pământului.
Gândul UTC este să îmbine ceea ce nu se îmbină: secunda lui este atomică, uniformă, bună pentru fizică și pentru telecomunicații, în vreme ce indicația lui este astronomică, legată de zi și de noapte. Îmbinarea se plătește cu o ruptură: o dată la câțiva ani intră în scară o secundă în plus, minutul cuprinde atunci șaizeci și una de secunde, iar marca 23:59:60 devine legiuită. De aceea UTC este singura dintre cele trei scări cu momente pe care numărătoarea obișnuită a zilelor nu le poate exprima.
Pragul dincolo de care se hotărăște o inserare este de nouă zecimi de secundă în valoare absolută și nu se sprijină pe temeiuri fizice, ci pe un compromis între astronomi și inginerii de telecomunicații, încheiat în 1972. Serviciul urmărește diferența UT1 − UTC prin radiointerferometrie și observații satelitare și își publică hotărârea în Buletinul C — de două ori pe an, cu o jumătate de an înaintea datei cu putință, care cade fie la sfârșitul lui iunie, fie la sfârșitul lui decembrie.
UTC nu se poate verifica cu niciun instrument, căci valoare adevărată nu are defel: TAI se poartă ca o unitate, UT1 ca un fenomen, iar UTC ca o convenție, iar indicația lui se anunță, nu se măsoară. În schimb ceasul propriu se poate compara cu el la nanosecundă, fiindcă buletinele serviciului arată cu cât indicația fiecărei scări naționale se abate de la cea convenită.
Scara de trepte de sus este decalajul TAI − UTC, care crește cu secunde întregi; fierăstrăul de jos este diferența UT1 − UTC, care coboară odată cu Pământul rămas în urmă și sare cu o secundă în sus la fiecare inserare. Liniuțele roșii de jos însemnează pragul de nouă zecimi: de îndată ce fierăstrăul se apropie de el, serviciul hotărăște o nouă inserare, iar amândouă liniile fac pasul deodată.
Linia punctată este scara atomică, unde fiecare secundă este deopotrivă cu cea dinainte; linia unduită este rotația Pământului, încetinită de frecarea mareelor și totodată rătăcitoare fiindcă apa și aerul se redistribuie, ba chiar din pricina mișcărilor din miezul lichid. Liniuțele roșii sunt clipele în care serviciul a trebuit să intervină. Tocmai fiindcă a doua linie nu se poate prevedea, inserările nu pot fi anunțate cu un deceniu înainte: se hotărăsc cu o jumătate de an mai devreme, după observații.
02 · Conversie
Același moment în scări diferite
Introduceți un moment în orice formă obișnuită — ca an zecimal, ca dată iuliană, ca numărătoare a secundelor de la începutul epocii Unix — iar fișa va arăta cum se citește același moment în celelalte scări și ce decalaje erau în vigoare în ziua aceea.
Trecerile dintre scările atomice sunt exacte la nanosecundă, fiind stabilite prin constante: TT se deosebește de TAI cu 32,184 s, iar scara GPS cu exact 19 s. Numai rândul cu UT1 este aproximativ: se ia din Buletinul A, iar pentru viitor este dat ca prognoză.
Numărătoarea secundelor în standardul POSIX este așezată astfel încât ziua să aibă totdeauna exact 86 400 dintre ele, iar o secundă inserată nu are cu ce se exprima acolo: sistemul fie repetă de două ori aceeași indicație, fie dă ceasul înapoi. Din pricina acestui fleac, în iunie 2012 au căzut serverele a jumătate dintre marile servicii, iar mai multe întreprinderi întind de atunci secunda în plus peste o zi întreagă, întinzând-o într-un strat subțire peste ceasurile lor.
| Valoare | Notă | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Ordine de mărime
scară logaritmică: de la nanosecundă la cinci ore04 · Instrumente de măsură
Cu ce se țin scările și cu ce se verifică
Un nor de atomi răciți este aruncat în sus și trece de două ori prin același rezonator — la urcare și la cădere —, ceea ce îngăduie ca frecvența trecerii să fie măsurată până la a șaisprezecea cifră. Asemenea etaloane primare stabilesc lungimea secundei și nu țin nicio indicație a ceasului: se pornesc pentru câteva zile ca să verifice mersul celorlalte ceasuri.
Maserul își ține frecvența simțitor mai uniform decât fântâna pe răstimpuri de la o oră la o zi, dar se abate încet într-o parte, și de aceea slujește în laboratoare drept păzitor al scării, nu drept etalon de frecvență: mersul lui se compară la câteva zile cu un etalon primar. Tocmai maserele dau acea indicație neîntreruptă din care se alcătuiește apoi TAI.
Două antene de pe continente diferite primesc zgomotul aceluiași quasar, iar deosebirea în timpul de sosire a semnalului trădează orientarea Pământului față de izvoare îndepărtate. Chiar așa se măsoară UT1, căci cu niciun ceas nu se poate afla unghiul de rotație al planetei — el poate fi doar observat, iar serviciul o face necontenit.
Fiecare satelit poartă la bord ceasuri atomice, iar un receptor care a prins patru semnale reface nu numai locul său, ci și ceasul cu exactitate de zeci de nanosecunde. Scara transmisă este însă a lui: sistemul GPS nu are nicio inserare, stă exact la nouăsprezece secunde de TAI, iar diferența curentă față de UTC călătorește într-un câmp aparte al mesajului satelitului.
05 · Reguli de scriere
O marcă de timp fără scara ei nu este marcă
Numele scărilor se scriu cu majuscule, fără puncte și fără spații înăuntru, iar indicației înseși i se adaugă totdeauna în ce scară a fost luată: litera Z sau un decalaj în scrierea după standardul ISO 8601, o mențiune aparte de TAI ori GPS dacă timpul este atomic. Diferențele dintre scări se scriu cu semn și în secunde, punând întâi scara din care se scade.
Prima scriere este cu neputință fiindcă inserarea se face la sfârșitul zilei în UTC, în vreme ce în fusul Moscovei aceeași clipă cade la trei noaptea, iar marca sună atunci 02:59:60. A doua pune semn de egalitate între scară și timpul mediu istoric al meridianului Greenwich, de mult scos din uz în metrologie. A treia încurcă sensul scăderii: scara atomică merge înainte, nu în urmă. Iar a patra nu poate apărea într-un buletin defel, de vreme ce serviciul este dator să insereze o secundă cu mult înainte ca diferența să atingă o asemenea valoare.
06 · Scări vecine
Alături stau toate scările care numără același timp de la alte începuturi sau într-un alt sistem de referință: timpul terestru TT, cu care se calculează efemeridele, scara atomică a sistemelor satelitare și timpul-coordonată baricentric, care ține seama că ceasurile de pe Pământ merg altfel decât în centrul de masă al Sistemului Solar.
fără inserări și corecții
un fenomen observat
scara efemeridelor
Dintre fișele Simetrium alături stau secundă, care dă unitatea tuturor celor trei scări, zi și oră, unde aceeași neuniformitate a rotației se vede din altă parte, și socoteala anilor, la care nu unitățile diferă, ci originile.
07 · Secțiune istorică
Secunda care mai întâi a fost născocită și acum se desființează
Louis Essen și Jack Parry au întocmit la National Physical Laboratory cel dintâi ceas cu cesiu și au descoperit un lucru supărător: instrumentul s-a dovedit mai statornic decât acela cu care voiau să-l verifice. Din clipa aceea Pământul a încetat să fie etalonul timpului și a devenit obiect de observație, iar opt ani mai târziu secunda a fost definită din nou prin frecvența trecerii cesiului.
Cea dintâi înfățișare a UTC se potrivea Pământului altfel: o dată pe an se anunța o corecție a frecvenței înseși, astfel încât secunda scării se deosebea dinadins de secunda SI, iar pe deasupra indicația se muta din când în când cu zecimi. Navigatorilor le venea la socoteală, fizicienilor nu, iar de secunda elastică s-a renunțat, recunoscându-se că o ruptură rară e mai bună decât o unitate mereu greșită.
De la întâi ianuarie 1972 UTC a mers în secunde SI uniforme, rămânând exact zece în urma scării atomice, și a dobândit dreptul la inserări. Pragul de nouă zecimi de secundă a fost ales ca mijloc între cerințele marinarilor, cărora le trebuia o legătură astronomică, și ale inginerilor de telecomunicații, cărora le trebuia neîntreruperea.
A douăzeci și șaptea Conferință Generală de Măsuri și Greutăți a hotărât să aducă pragul la zero, adică să renunțe la inserări, cel mai târziu în 2035. Pricina nu stă în tihna programatorilor, ci în aceea că Pământul a început să accelereze: din 2020 recordurile de zile scurte au fost doborâte de mai multe ori, iar în locul inserării obișnuite ar putea fi nevoie, întâia oară, de ștergerea unei secunde — și la asta nu este pregătit niciun sistem din lume.
O scară a cărei indicație se anunță, nu se măsoară
Orice mărime din acest catalog are un instrument în stare să spună cu ce este deopotrivă, și numai UTC nu are un asemenea instrument și nici nu poate avea. Ceasurile atomice măsoară intervale, interferometrele măsoară rotația Pământului, în vreme ce întrebarea dacă la sfârșitul lui iunie să se insereze o secundă o hotărăsc oamenii și se tipărește într-un buletin, fiindcă pragul de nouă zecimi de secundă este chestiune de convenție, nu de natură. De aici o însușire ciudată: abaterea de la UTC a oricărui ceas de pe planetă se cunoaște la nanosecundă, în vreme ce dreptatea UTC însuși nu are cu ce fi verificată — el este drept prin definiție.
Firea convenită a scării s-a vădit cel mai limpede la pregătirea desființării ei. S-a hotărât înlăturarea inserărilor nu fiindcă s-ar fi învățat măsurarea mai fină a rotației planetei, ci fiindcă prețul rupturii a crescut: mărcile de timp bursiere, navigația prin satelit și rețelele de telecomunicații pătimesc de pe urma unei secunde în plus mai mult decât ar pătimi marinarii de pe urma unei abateri de la soare. Când pragul va fi adus la zero, UTC va înceta să ajungă din urmă Pământul și se va depărta de el mai întâi cu un minut pe veac, apoi cu mai mult — iar ce e de făcut cu acea abatere vor hotărî deja neamurile viitoare.
Catalog · unități de măsură
O fișă pentru fiecare mărime
Șapte unități fundamentale SI, douăzeci și două derivate cu nume propriu și mărimi din afara sistemului, fără de care n-ar funcționa nici tehnica, nici calendarul.